换向阀的操纵方式
换向阀的操纵方式
5.3.2.1 手动换向阀 manually-actuated valve
手动换向阀主要有弹簧复位(spring reset)和钢珠定位(steel ball orientation)两种型式。图5.17(a)所示为钢球定位式三位四通手动换向阀，用手操纵手柄推动阀芯相对阀体移动后，可以通过钢球使阀芯稳定在三个不同的工作位置上。图5.17(b)则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。通过手柄推动阀芯后，要想维持在极端位置，必须用手扳住手柄(hand lever)不放，一旦松开了手柄，阀芯会在弹簧力的作用下，自动弹回中位。
图5.17(c)所示为旋转移动式手动换向阀，旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方便等优点。由于这种阀的手柄带有锁，不打开锁不能调节，因此使用安全。
5.3.2.2 机动换向阀 mechanically-actuated valve
机动换向阀又称行程换向阀，它是用挡铁或凸轮(cam)推动阀芯实现换向。机动换向阀多为图5.18所示二位阀。
图5.17 三位四通手动换向阀
(a)弹簧钢球定位式结构及符号；(b)弹簧自动复位式结构及符号位置定位;(c)旋转移动式手动换向阀。
图5.18 二位二通机动换向阀
1—挡铁；2—滚轮；3—阀芯；4—弹簧
5.3.2.3 电磁换向阀 solenoid-actuated directional valve
电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关(button switch)、行程开关(journey switch)、限位开关(limit switch)、压力继电器(pressure switch)等发出的信号进行控制，所以操作轻便，易于实现自动化，因此应用广泛。
（1）工作原理
电磁换向阀的品种规格很多，但其工作原理是基本相同的。现以图5.19所示三位四通o型滑阀机能的电磁换向阀为例来说明。
在图5.19中，阀体1内有三个环形沉割槽，中间为进油腔p，与其相邻的是工作油腔a和b。两端还有两个互相连通的回油腔t。阀芯两端分别装有弹簧座3、复位弹簧4和推杆5，阀体两端各装一个电磁铁。
当两端电磁铁都断电时［见图5.19（a）］，阀芯处于中间位置。此时p、a、b、t各油腔互不相通；当左端电磁铁通电时［见图5.19（b）］，该电磁铁吸合，并推动阀芯向右移动，使p和b连通，a和t连通。当其断电后，右端复位弹簧的作用力可使阀芯回到中间位置，恢复原来四个油腔相互封闭的状态；当右端电磁铁通电时［见图5.19（c）］，其衔铁将通过推杆推动阀芯向左移动，p和a相通、b和t相通。电磁铁断电，阀芯则在左弹簧的作用下回到中间位置。
（2）直流电磁铁和交流电磁铁
阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种：
①交流电磁铁(alternating-current solenoid)。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220v，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(故其外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次／分；寿命较短。
②直流电磁铁(directing-current solenoid)。直流电磁铁一般使用24v直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(故其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次／分，换向冲击小，使用寿命较长。但起动力比交流电磁铁小。
③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。这种电磁铁本身带有半波整流器(half-wave rectifier)，可以在直接使用交流电源的同时，具有直流电磁铁的结构和特性。
（3）干式、油浸式、湿式电磁铁
不管是直流电磁铁还是交流电磁，都可做成干式的、油浸式的和湿式的。
① 干式电磁铁(dry solenoid)。干式电磁铁的的线圈、铁芯与扼铁处于空气中不和油接触，电磁铁与阀联结时，在推杆的外周有密封圈。由于回油有可能渗入对中弹簧腔中，所以阀的回油压力不能太高。此类电磁铁附有手动推杆，一旦电磁铁发生故障时可使阀芯手动换位。此类电磁铁是简单液压系统常用的一种形式。
②油浸式电磁铁(oil-immersed solenoid)。油浸式电磁铁的线圈和铁芯都浸在无压油液中。推杆和衔铁端部都装有密封圈。油可帮助线圈散热，且可改善推杆的润滑条件，所以寿命远比干式电磁铁为长。因有多处密封，此种电磁铁的灵敏性较差，造价较高。
③湿式电磁铁(wetted solenoid)。湿式电磁铁也叫耐压式电磁铁，它和油浸式电磁铁不同处是推杆处无密封圈。线圈和衔铁都浸在有压油液中，故散热好，摩擦小。还因油液的阻尼作用而减小了切换时的冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。是目前应用最广的一种电磁铁。也有人将油浸式电磁铁和耐压式电磁铁都叫做湿式电磁铁。
图5.19 电磁换向阀的工作原理图
1—阀体；2—阀芯；3—弹簧座；4—弹簧；5—推杆；6—铁芯；7—衔铁。
图5.20 交流式二位三通电磁换向阀
1—阀体；2—阀芯；3—推杆；4、7—弹簧；5、8—弹簧座；6—o型圈；9—后盖。
（4）电磁换向阀的典型结构typical structure for solenoid-actuated directional valve
图5.20所示为交流式二位三通电磁换向阀。当电磁铁断电时，阀芯2被弹簧7推向左端，p 和a接通；当电磁铁通电时，铁芯通过推杆3将阀芯2推向右端，使p和b接通。
图5.21为直流湿式三位四通电磁换向阀。当两边电磁铁都不通电时，阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位，p、t、a、b口互不相通；当右边电磁铁通电时，推杆6将阀芯2推向左端，p 与a通，b与t通，当左边电磁铁通电时，p与b通，a与t通。
必须指出，由于电磁铁的吸力有限(120n)，因此电磁换向阀只适用于流量不太大的场合。当流量较大时，需采用液动或电液动控制。
图5.22 弹簧对中型三位四通液动换向阀
5.3.2.4 液动换向阀 hydraulic pressure-actuated directional valve
液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种。图5.22(a)所示为弹簧对中型三位四通液动换向阀，阀芯两端分别接通控制油口k1和k2。当k1通压力油时，阀芯右移，p与a通，b与t通；当k2 通压力油时，阀芯左移，p与b通，a与t通；当k1和k2都不通压力油时，阀芯在两端对中弹簧的作用下处于中位。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时，还应在滑阀两端k1、k2控制油路中加装阻尼调节器(damping adjuster)[见图5.22(c)]。阻尼调节器由一个单向阀和一个节流阀并联组成，单向阀用来保证滑阀端面进油畅通，而节流阀用于滑阀端面回油的节流，调节节流阀开口大小即可调整阀芯的动作时间。
5.3.2.5 电液换向阀 electro-hydraulic directional valve
电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合。其中，电磁换向阀起先导作用，控制液动换向阀的动作，改变液动换向阀的工作位置；液动换向阀作为主阀，用于控制液压系统中的执行元件。
由于液压力的驱动，主阀芯的尺寸可以做得很大，允许大流量通过。因此，电液换向阀主要用在流量超过电磁换向阀额定流量的液压系统中，从而用较小的电磁铁就能控制较大的流量。电液换向阀的使用方法与电磁换向阀相同。
图5.23 外部控制、外部回油的弹簧对中电液换向阀
(a) 结构图； (b)符号； （c）简化符号 (b)
电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有：外部控制、外部回油；外部控制、内部回油；内部控制、外部回油；内部控制、内部回油等四种类型。
图5.23为弹簧对中型三位四通电液换向阀(外部控制、外部回油)的结构图及图形符号。
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5.3.2.1 手动换向阀 manually-actuated valve
手动换向阀主要有弹簧复位(spring reset)和钢珠定位(steel ball orientation)两种型式。图5.17(a)所示为钢球定位式三位四通手动换向阀，用手操纵手柄推动阀芯相对阀体移动后，可以通过钢球使阀芯稳定在三个不同的工作位置上。图5.17(b)则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。通过手柄推动阀芯后，要想维持在极端位置，必须用手扳住手柄(hand lever)不放，一旦松开了手柄，阀芯会在弹簧力的作用下，自动弹回中位。
图5.17(c)所示为旋转移动式手动换向阀，旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方便等优点。由于这种阀的手柄带有锁，不打开锁不能调节，因此使用安全。
5.3.2.2 机动换向阀 mechanically-actuated valve
机动换向阀又称行程换向阀，它是用挡铁或凸轮(cam)推动阀芯实现换向。机动换向阀多为图5.18所示二位阀。
图5.17 三位四通手动换向阀
(a)弹簧钢球定位式结构及符号；(b)弹簧自动复位式结构及符号位置定位;(c)旋转移动式手动换向阀。
图5.18 二位二通机动换向阀
1—挡铁；2—滚轮；3—阀芯；4—弹簧
5.3.2.3 电磁换向阀 solenoid-actuated directional valve
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（1）工作原理
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在图5.19中，阀体1内有三个环形沉割槽，中间为进油腔p，与其相邻的是工作油腔a和b。两端还有两个互相连通的回油腔t。阀芯两端分别装有弹簧座3、复位弹簧4和推杆5，阀体两端各装一个电磁铁。
当两端电磁铁都断电时［见图5.19（a）］，阀芯处于中间位置。此时p、a、b、t各油腔互不相通；当左端电磁铁通电时［见图5.19（b）］，该电磁铁吸合，并推动阀芯向右移动，使p和b连通，a和t连通。当其断电后，右端复位弹簧的作用力可使阀芯回到中间位置，恢复原来四个油腔相互封闭的状态；当右端电磁铁通电时［见图5.19（c）］，其衔铁将通过推杆推动阀芯向左移动，p和a相通、b和t相通。电磁铁断电，阀芯则在左弹簧的作用下回到中间位置。
（2）直流电磁铁和交流电磁铁
阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种：
①交流电磁铁(alternating-current solenoid)。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220v，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(故其外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次／分；寿命较短。
②直流电磁铁(directing-current solenoid)。直流电磁铁一般使用24v直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(故其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次／分，换向冲击小，使用寿命较长。但起动力比交流电磁铁小。
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③湿式电磁铁(wetted solenoid)。湿式电磁铁也叫耐压式电磁铁，它和油浸式电磁铁不同处是推杆处无密封圈。线圈和衔铁都浸在有压油液中，故散热好，摩擦小。还因油液的阻尼作用而减小了切换时的冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。是目前应用最广的一种电磁铁。也有人将油浸式电磁铁和耐压式电磁铁都叫做湿式电磁铁。
图5.19 电磁换向阀的工作原理图
1—阀体；2—阀芯；3—弹簧座；4—弹簧；5—推杆；6—铁芯；7—衔铁。
图5.20 交流式二位三通电磁换向阀
1—阀体；2—阀芯；3—推杆；4、7—弹簧；5、8—弹簧座；6—o型圈；9—后盖。
（4）电磁换向阀的典型结构typical structure for solenoid-actuated directional valve
图5.20所示为交流式二位三通电磁换向阀。当电磁铁断电时，阀芯2被弹簧7推向左端，p 和a接通；当电磁铁通电时，铁芯通过推杆3将阀芯2推向右端，使p和b接通。
图5.21为直流湿式三位四通电磁换向阀。当两边电磁铁都不通电时，阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位，p、t、a、b口互不相通；当右边电磁铁通电时，推杆6将阀芯2推向左端，p 与a通，b与t通，当左边电磁铁通电时，p与b通，a与t通。
必须指出，由于电磁铁的吸力有限(120n)，因此电磁换向阀只适用于流量不太大的场合。当流量较大时，需采用液动或电液动控制。
图5.22 弹簧对中型三位四通液动换向阀
5.3.2.4 液动换向阀 hydraulic pressure-actuated directional valve
液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种。图5.22(a)所示为弹簧对中型三位四通液动换向阀，阀芯两端分别接通控制油口k1和k2。当k1通压力油时，阀芯右移，p与a通，b与t通；当k2 通压力油时，阀芯左移，p与b通，a与t通；当k1和k2都不通压力油时，阀芯在两端对中弹簧的作用下处于中位。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时，还应在滑阀两端k1、k2控制油路中加装阻尼调节器(damping adjuster)[见图5.22(c)]。阻尼调节器由一个单向阀和一个节流阀并联组成，单向阀用来保证滑阀端面进油畅通，而节流阀用于滑阀端面回油的节流，调节节流阀开口大小即可调整阀芯的动作时间。
5.3.2.5 电液换向阀 electro-hydraulic directional valve
电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合。其中，电磁换向阀起先导作用，控制液动换向阀的动作，改变液动换向阀的工作位置；液动换向阀作为主阀，用于控制液压系统中的执行元件。
由于液压力的驱动，主阀芯的尺寸可以做得很大，允许大流量通过。因此，电液换向阀主要用在流量超过电磁换向阀额定流量的液压系统中，从而用较小的电磁铁就能控制较大的流量。电液换向阀的使用方法与电磁换向阀相同。
图5.23 外部控制、外部回油的弹簧对中电液换向阀
(a) 结构图； (b)符号； （c）简化符号 (b)
电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有：外部控制、外部回油；外部控制、内部回油；内部控制、外部回油；内部控制、内部回油等四种类型。
图5.23为弹簧对中型三位四通电液换向阀(外部控制、外部回油)的结构图及图形符号。
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